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第19章 胚前发育与遗传因素

前面我们介绍了胚胎发育和胚后发育以及胚后发育为什么要单独介绍胚前发育与遗传的关系,就是因为胚前发育是高等动物发育中至关重要的一个阶段。那么,什么是胚前发育呢?它到底有什么重要之处呢?

胚前发育是指从受精卵到形成胚胎的中间发育。我们知道,发育通常指个体发育,即生物自受精卵开始直到形成成熟个体所经过的一系列从简单到复杂的变化过程;有时发育也指系统发育,即某一类群(种、属、科等)生物的形成历史或泛指生物自其单细胞祖先开始逐步进化到现在的整个历史。

对于卵生昆虫而言,卵是个体发育的第一个虫态,又是一个表面不活动的虫态。卵的大小与昆虫本身的大小及产卵量有关,多数昆虫的卵长1.5~2.5毫米;卵的形状一般为卵圆形或肾形,也有桶形、纺锤形、半球形、球形、哑铃形等;卵的颜色,多数昆虫的卵初产时呈乳白色或淡黄色,以后颜色渐加深,呈绿色、红色、褐色等,孵化前颜色最深。据卵的色泽可以推断出昆虫卵的发育进度;昆虫的产卵方式为单产、块产,一般产在寄主植物或其他物体的表面,或者是隐蔽的场所,大多数昆虫在产卵方式上表现出高度的选择性与适应性。卵的基本结构是一个大型细胞,最外面是由卵泡细胞分泌形成的有保护卵和防止卵内水分过量蒸发作用的卵壳,卵壳里面为一膜状薄层称卵黄膜,卵黄膜围着原生质、卵黄和核,卵黄充塞在原生质网络的空隙内,但紧贴卵黄膜的原生质中无卵黄,这部分原生质特称周质,这种卵称为中黄式卵。

1.胚前发育的类型

胚前发育主要可归纳为三类,最简单的生物如病毒和噬菌体,借助于受体细胞所合成的物质,经过装配形成新的病毒颗粒。这类发育是一种原料装配的过程。

大多数的单细胞生物以及某些植物以亲本的v开始其生命史的。亲本个体经过一个生长和复制的过程,然后一分为二,或以出芽的方式产生出一个或一个以上的与自己类似的个体。这类发育主要是细胞分化的过程。

绝大多数生物以受精卵开始其生活史。亲本不是把形态结构直接传递至子代,而是把遗传性状以密码的形式编在DNA上,并储存于细胞核中。这类发育是来自父母双方的遗传信息,在一定的时间和空间表现出来的过程,也就是把基因型转化为表现型的过程。

在个体发育的基本过程中,生物多样性也就决定了发育过程的多样性。对于植物和动物的胚胎发育过程而言,存在着很大的差异,其中无脊椎动物和脊椎动物的胚胎发育也不尽相同。

脊椎动物的发育包括三个阶段:第一阶段是由受精卵通过卵裂形成许多细胞,这些细胞先组成单层上皮形成囊胚,再经过一系列复杂的原肠形成运动,成为原肠胚;第二阶段包括神经胚形成、器官原基的建成和器官发生等过程,通过这一阶段形成体内的各个器官,如肢芽、眼、心脏等;第三阶段是由上述两阶段产生的小型结构格局逐渐增长到其成体的大小,其中还包括一系列退行性的变化即衰老的过程。由于这三个阶段彼此都有部分交叉与重叠,所以不能截然分开。

胚胎是由受精卵发育而成的初期发育的动植物雏形个体。由受精卵发育成长为胚胎的过程,称为胚胎发育。卵生动物胚胎依靠卵黄提供营养。人和绝大多数哺乳动物胚胎期较长,胚胎仅指初期发育阶段,即从卵裂开始到各主要器官形成时为止,以后胚胎开始呈现成体的形态,特称胎儿。在人受精卵发育二个月内为胚胎,以后为胎儿。胚胎与胎儿均在子宫内发育,通过脐带和胎盘获得营养。胎儿产出后,与母体中断物质交换,也就是我们所说的新生儿。新生儿除部分器官(如生殖器官)尚未成熟、体型较小以外,与成体基本相似。但许多动物自卵中孵出时其形态构造、生活习性均与成体有明显不同,特称幼虫。幼虫需经变态才能发育为成体。这一发育过程称为胚后发育。研究发育过程往往需要追溯到受精前的精子和卵的发生过程,因此也有人将这些过程合称为胚前发育。

2.智商与遗传

据英国《新科学家》报道:近日,科学家首次获得可显示脑布线特性的图像,该图像揭示了智商来自遗传的因素比过去了解的还要多。通过这项研究,科学家可能找出提高智商的方法。

显然,智商至少在一定程度上由遗传决定。这一点在2001年研究中已经得到了证实,该项研究表明:由“处理器”细胞构成的脑灰质的体积与智商的某些因素有关,而这个体积很大程度上来源于遗传。而为这些“处理器”细胞起联系作用的脑白质数量,也已经被证明是可遗传的。

据目前研究发现,这些联系的质量受保护性髓鞘的完整性控制,而这个完整性也与智商有关。美国加州大学洛杉矶分校的汤普森和他的同事们用一种称为哈尔迪的磁共振成像设备对23对同卵双胞胎和23对异卵双胞胎的脑组织进行扫描。经过对核磁共振扫描图像分析,可通过测量大脑的水量显示出各种脑组织的体积。而对哈尔迪磁共振扫描图像分析,可测量出脑白质扩散的水量,从而显示出髓鞘护套的完整性及神经脉冲的速度。汤普森说:“这就像你的智商速率图。”

通过对同卵双胞胎和异卵双胞胎的脑谱图比较,可以发现同卵双胞胎共用的相同基因是异卵双胞胎的两倍。研究小组测出髓鞘的完整性在脑组织的许多领域里都是由遗传决定的,并且能对智商起着至关重要的作用。这些脑组织包括整合来自身体左右两侧信号的胼胝体、负责视觉、空间推理和逻辑思维的顶叶等。在脑组织这些领域里的髓鞘质量,还与抽象推理和整体智能密切相关。

难道仅仅因为智力很大程度上来源于遗传,就意味着智力无法得到改善吗?加州大学欧文分校的理查德?海尔说:“恰恰相反,正因为它是遗传,那么它就属于生物化学,而我们有各种方法影响生物化学。”髓鞘的完整性是一个非常有希望被操控的对象,因为它不像灰质数量一样。髓鞘的完整性在整个生命的过程中可以改变。虽然它是遗传的,但也是可以改变的。这看上去似乎很奇怪。汤普森解释说:“基因促使我们与周围的环境相互作用,而这种相互作用是以引起髓鞘完整性变化的方式进行的。”识别出那些能够促进髓鞘完整性的基因就能够找出增加这些基因活动性的方法,或者人工增加基因所需要的蛋白质。这也可以治疗由于髓鞘退化而引发的复合硬化症、孤独症和注意力缺失症等。汤普森认为,增加人们的智商使其可以通过考试,同样在“可能性范畴之内”。博尔德科罗拉多大学行为遗传学家纳奥米?弗里德曼说:“医学治疗仍然是一条漫长的道路,基因与环境之间的相互作用必须得到解决。”

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